устройство для измерения силы сжатия

Формула изобретения

Устройство для измерения силы сжатия, содержащее упругодеформируемый элемент, датчики деформации, корпус и индикатор, отличающееся тем, что упругодеформируемый элемент выполнен в виде тарельчатой пружины с осевым толкателем, неразъемно соединенной с корпусом, и соосно расположенной с ней цилиндрической втулкой, ввинченной в корпус, в верхней части которой выполнена параллельно ее оси Г-образная консоль, контактирующая горизонтальной частью с толкателем тарельчатой пружины, при этом в вертикальной части консоли, на внутренней и наружной поверхностях, выполнены прорези, обеспечивающие изгиб консоли по длине прорезей, в которых установлены пьезокварцевые резонаторы, а в основании цилиндрической втулки установлен ограничитель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения динамических сил.

Известно устройство для измерения силы сжатия, содержащее упругодеформируемый элемент, датчик деформации, корпус и индикатор (см., например, [1]).

В этом устройстве датчик деформации выполнен в виде пьезоэлемента и расположен между силопередающими упорами, контактирующими с основанием и крышкой с упругим дном, представляющими собой корпус. Основной недостаток данного устройства заключается в недостаточной точности измерений. При его работе пьезоэлемент подвергается только сжатию, в результате чего существенно ограничивается возможность повышения точности измерений силы сжатия.

Известно устройство для измерения силы сжатия, содержащее упругодеформируемый элемент, представляющий собой датчик деформации (см., например, [2]).

В данном устройстве датчик деформации выполнен в виде пластины из пьезоактивного материала П-образной формы с прорезью в перекладине, образующей две параллельные перемычки, на которых установлены электроды резонаторов. Его недостаток заключается в том, что внутренние углы П-образной пластины являются концентраторами напряжений. Поэтому, ввиду хрупкости пластины из пьезоактивного материала, этот датчик может нагружаться только сравнительно небольшими силами сжатия или растяжения, в результате чего ограничивается область его использования.

Известно устройство для измерения силы сжатия, содержащее упругодеформируемый элемент, датчики деформации, корпус и индикатор (см., например, [3]), принятое за прототип.

В этом устройстве упругодеформируемый элемент выполнен в виде двутавровой балки, между полками которой укреплены проволочные датчики. Основной недостаток прототипа заключается в недостаточной точности измерений силы сжатия проволочными датчиками.

Результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений силы сжатия.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве для измерения силы сжатия, содержащем упругодеформируемый элемент, датчики деформации, корпус и индикатор, упругодеформируемый элемент выполнен в виде тарельчатой пружины с осевым толкателем, неразъемно соединенной с корпусом, и соосно расположенной с ней цилиндрической втулкой, ввинченной в корпус, в верхней части которой выполнена параллельно ее оси Г-образная консоль, контактирующая горизонтальной частью с толкателем тарельчатой пружины, при этом в вертикальной части консоли, на внутренней и наружной поверхностях, выполнены прорези, обеспечивающие изгиб консоли по длине прорезей, в которых установлены пьезокварцевые резонаторы, а в основании цилиндрической втулки установлен ограничитель.

Отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что в предлагаемом устройстве для измерения силы сжатия упругодеформируемый элемент выполнен в виде тарельчатой пружины с осевым толкателем, неразъемно соединенной с корпусом, и соосно расположенной с ней цилиндрической втулкой, ввинченной в корпус, в верхней части которой выполнена параллельно ее оси Г-образная консоль, контактирующая горизонтальной частью с толкателем тарельчатой пружины. При этом в вертикальной части консоли на внутренней и наружной поверхностях выполнены прорези, обеспечивающие изгиб консоли по длине прорезей, в которых установлены пьезокварцевые резонаторы, а в основании цилиндрической втулки установлен ограничитель.

В результате этого в предлагаемом техническом решении достигается необходимая жесткость конструкции, вследствие неразъемного соединения тарельчатой пружины с корпусом, и трансформирование малых перемещений толкателя в допустимые с помощью Г-образной консоли с прорезями, обеспечивающими ее изгиб по длине прорезей, в которых установлены пьезокварцевые резонаторы. При этом использование двух пьезокварцевых резонаторов, один из которых работает на растяжение, а другой - на сжатие, позволяет существенно повысить точность измерений силы сжатия.

Вариант практической реализации предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежами, на которых показано устройство для измерения силы сжатия в разрезе (фиг.1) и его сечение (фиг.2).

Устройство для измерения силы сжатия (фиг.1) включает тарельчатую пружину 1, корпус 2, цилиндрическую втулку 3 с Г-образной консолью 4, пьезокварцевые резонаторы 5, 6, ограничитель 7 и индикатор 8. На тарельчатой пружине 1 выполнен толкатель 9, расположенный на ее оси, например, сферической или другой формы, и воспринимающий усилие стержень 10 с резьбой. В вертикальной части Г-образной консоли 4 на наружной и внутренней поверхностях выполнены прорези 11, 12, в которых установлены пьезокварцевые резонаторы 5, 6. Тарельчатая пружина 1 и корпус 2, выполненный в виде фланца, соединены неразъемно, например, с помощью сварки, вследствие чего существенно повышается жесткость конструкции и, соответственно, уменьшается деформация при воздействии сил сжатия. Вертикальная часть Г-образной консоли 4 выполнена смещенной относительно оси толкателя 9 на расчетную величину, при которой достигается допустимая деформация пьезокварцевых резонаторов 5, 6 на растяжение и сжатие по длине прорезей 11, 12. В основании цилиндрической втулки 3 выполнено резьбовое отверстие для ограничителя 7, предназначенного для предохранения пьезокварцевых резонаторов 5, 6 от разрушения при ударных нагрузках. Цилиндрическая втулка 3 и Г-образная консоль 4 могут быть выполнены в виде отдельных деталей. Тарельчатая пружина 1 и цилиндрическая втулка 3 с Г-образной консолью 4 изготавливаются из высокопрочной пружинной стали. Индикатор 8 представляет собой показывающий прибор, в котором генерируемые частоты колебаний пьезокварцевых резонаторов 5, 6 преобразуются в величину силы сжатия.

Устройство для измерения силы сжатия работает следующим образом (см. фиг.1).

Перед началом измерения силы сжатия проверяется плотность контакта толкателя 9 с Г-образной консолью 4, которая в общем случае может изменяться, например, вследствие температурных факторов или релаксации. Необходимая плотность контакта достигается путем ввинчивания (или вывинчивания) цилиндрической втулки 3 в корпус 2. Контроль осуществляется по индикатору 8. При воздействии осевой силы на стержень 10, соединяемый при помощи резьбы с измеряемым объектом, происходит упругая деформация тарельчатой пружины 1 и, соответственно, перемещение толкателя 9 в осевом направлении. В результате взаимодействия с толкателем 9 Г-образная консоль 4, смещенная относительно его оси, нагружается моментом силы, вследствие чего происходит изгиб ее вертикальной части по длине прорезей 11, 12. При этом пьезокварцевые резонаторы 5, 6, установленные в прорезях 11, 12, подвергаются соответственно растяжению и сжатию. Частотные сигналы от пьезокварцевых резонаторов 5, 6 поступают в индикатор 8, суммируются и преобразуются в величину силы сжатия. В случае возникновения ударных нагрузок изгиб Г-образной консоли 4 ограничивается ограничителем 7, в результате чего исключается возможность разрушения пьезокварцевых резонаторов 5, 6.

В результате испытаний опытного образца устройства для измерения силы сжатия, изготовленного в соответствии с предлагаемым техническим решением, получены положительные результаты, подтверждающие повышенную точность измерений сил сжатия по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Датчик силы. Патент Российской Федерации 2097717, ⁶ G01L 1/16. Бюл. №33, 1997.

2. Устройство для измерений усилий. А.с. СССР 514212, G01L 1/16. Бюл. №18, 1976.

3. Устройство для измерения нагрузок А.с. СССР 213385, G01L 1/04. Бюл. №10, 1968.